DE19725091B4 - Lateral transistor device and method for its production - Google Patents
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Abstract
Laterales Transistorbauelement mit mindestens einer isolierten Gateelektrode (13), mit lateralem und vertikalem Stromfluß, in einem p-Substrat (3), auf dessen Vorderseite ein n-Gebiet (4) angeordnet ist, in das wiederum ein stark p-dotiertes Anodengebiet (5) eingebettet ist, wobei der vertikale Stromflußüber einen Rückseitenkontakt (7) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückseitenkontakt über ein stark p-dotiertes als Diffusionsgebiet (8) ausgebildetes Gebiet mit dem p-Substrat elektrisch verbunden ist.Lateral transistor component with at least one insulated gate electrode (13), with lateral and vertical current flow, in a p-substrate (3), on the front of which an n-region (4) is arranged, in which a heavily p-doped anode region (5 ) is embedded, the vertical current flowing via a rear-side contact (7), characterized in that the rear-side contact is electrically connected to the p-substrate via a heavily p-doped region designed as a diffusion region (8).
Description
Die Erfindung geht aus von einem lateralen Transistorbauelement bzw. einem Verfahren zu seiner Herstellung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Es ist schon ein als lateraler Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausgebildetes Transistorbauelement bekannt, das lateralen und vertikalen Stromfluß aufweist (D.N. Pattanayak et al, IEEE Trans. ED-33, S. 1956 bis 1963, 1986). Das Transistorbauelement ist dort als n-Kanal LIGBT (LIGBT = Lateral Isolated Gate Bipolar Transistor) auf epitaxiertem Silizium ausgebildet, das auf einen niedrig- oder hochdotierten p-Substrat aufgewachsen ist. Dabei kann die Rückseite des Bauelements über einen Rückseitenkontakt angebunden werden. Weiterhin ist bekannt, zur Realisierung hoher Sperrfähigkeiten in bekannten LIGBT's das Resurfprinzip anzuwenden (Resurf = Reduced Surface Field), ebenfalls unter Verwendung einer epitaktischen Schicht (J.A.Appels et al, IEDM Tech. Dig. S. 238 bis 291, 1979).The invention is based on one lateral transistor component or a method for its production according to the genre of independent claims. It is already a lateral bipolar transistor with an insulated gate trained transistor device known that has lateral and vertical current flow (D.N. Pattanayak et al, IEEE Trans. ED-33, pp. 1956 to 1963, 1986). The transistor component there is an n-channel LIGBT (LIGBT = Lateral Isolated gate bipolar transistor) formed on epitaxial silicon, that grew on a low or high doped p-substrate is. The back can the component over a back contact be connected. It is also known to realize high Locking capabilities in well-known LIGBT's apply the resurf principle (Resurf = Reduced Surface Field), too using an epitaxial layer (J.A. Appels et al, IEDM Tech. Dig. Pp. 238 to 291, 1979).
Aus der
Das erfindungsgemäße Transistorbauelement bzw. Verfahren mit, den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil einer hohen Stromtragfähigkeit und eines guten Durchlaßverhaltens bzw. den Vorteil der einfachen Herstellung eines Bauelements mit hoherThe transistor component or Method with having the characterizing features of the claims In contrast, the advantage of a high current carrying capacity and good transmission behavior or the advantage of simple manufacture of a component higher
Stromtragfähigkeit. Es entstehen nur wenige Volt Spannungsabfall im statischen eingeschalteten Zustand bei einer Stromdichte in der Größenordnung von 100 Ampere/cm2 Bauelementfläche. Durch die Anbindung des Rückseitenkontakts über einen per Diffusion in einem p–-Substrat ausgebildeten p–/p+-Übergang wird eine gute Rückseitenanbindung erzielt. Bei gegebener Sperrfähigkeit werden viel Ladungsträger für ein gutes Durchlaßverhalten zur Verfügung gestellt, wobei die in einem p–-Substrat-Gebiet mit Rückseitendiffusion vorhandenen Ladungsträger eine erhöhte Lebensdauer aufweisen im Vergleich zu Ladungsträgern, die sich in einem epitaktisch ausgebildeten p–-Gebiet auf p+-Substrat bewegen. Dadurch ergibt sich eine weiter erhöhte Stromtragfähigkeit. Die Erhöhung der Stromtragfähigkeit durch Erhöhung des vertikalen Stromanteils im Bauelement wäre auch durch eine reduzierte Dicke der p–-Epitaxieschicht bei einem epitaktisch ausgebildeten P–/P+-Übergang möglich. Dies würde jedoch zu einer verringerten Sperrfähigkeit des Bauelements führen, sowohl im statischen als auch insbesondere im dynamischen Abschaltfall. Im Falle einer Rückseitendiffusion läuft das Diffusionsprofil weitaus weniger abrupt in die Tiefe des Wafers aus als im Falle einer epitaktischen Schicht. Dadurch ist eine hohe Stromtragfähigkeit bei gleichzeitig gewährleisteter Sperrfähigkeit sowohl im statischen als auch im dynamischen Abschaltfall möglich. Ein Multikanalprinzip trägt sowohl bei LJGBT- als auch bei MOS-Transistoren durch parallel geschaltete Kanalbereiche zu einem kleinen wirksamen Gesamtkanalwiderstand bei und somit zu einer Erhöhung der Stromtragfähigkeit bzw. zu einem guten Durchlaßverhalten. Ein weiterer Vorteil ist eine erhöhte Latch-up-Festigkeit, die in Folge der Rückseitendiffusion gleichzeitig mit der erhöhten Stromtragfähigkeit gewährleistet wird. Durch das als Diffusionsgebiet ausgebildete Gebiet, über das das Bauelement mit dem Rückseitenkontakt verbunden ist, wird der notwendige horizontale Stromanteil des Bauelements verringert, dadurch ein Zünden des lateralen parasitären Thyristors unterbunden; gleichzeitig weist das Bauelement als Ganzes eine verbesserte Stromtragfähigkeit auf.Current carrying capacity. There is only a few volts of voltage drop in the static switched-on state with a current density in the order of 100 amperes / cm 2 component area. By connecting the rear side contact via a p- / p + transition formed by diffusion in a p - substrate, a good rear side connection is achieved. For a given blocking capacity, a large number of charge carriers are provided for good transmission behavior, the charge carriers present in a p - substrate region with rear-side diffusion having an increased lifespan in comparison to charge carriers which are in an epitaxially formed p - region at p + - move the substrate. This results in a further increased current carrying capacity. Increasing the current carrying capacity by increasing the vertical current component in the component would also be possible through a reduced thickness of the p - epitaxial layer with an epitaxially formed P- / P + transition. However, this would lead to a reduced blocking ability of the component, both in the static and in particular in the dynamic shutdown case. In the case of a backside diffusion, the diffusion profile runs far less abruptly into the depth of the wafer than in the case of an epitaxial layer. This enables a high current carrying capacity with simultaneous blocking capability in both static and dynamic shutdown cases. A multichannel principle contributes to a small effective total channel resistance in both LJGBT and MOS transistors by means of parallel-connected channel regions and thus to an increase in the current carrying capacity or to a good transmission behavior. Another advantage is increased latch-up strength, which is ensured as a result of the rear diffusion at the same time as the increased current carrying capacity. The area formed as a diffusion region, via which the component is connected to the rear-side contact, reduces the necessary horizontal current component of the component, thereby preventing the lateral parasitic thyristor from igniting; at the same time, the component as a whole has an improved current carrying capacity.
In Folge der Reduktion des notwendigen horizontalen Stromanteils und damit erhöhter Latch-up-Festigkeit kann wahlweise die Gesamtfläche des Bauelements etwas verringert werden, was sich als vorteilhaft und platzsparend erweist.As a result of the reduction of the necessary horizontal current component and thus increased latch-up strength optionally the total area of the component can be reduced somewhat, which is advantageous and proves to be space-saving.
Bei einem LJGBT wirkt sich auch das Multikanalprinzip positiv auf die Latch-up-Festigkeit aus. Durch eine Vielzahl parallel geschalteter Kanalbereiche fließt pro parasitärem Thyristor ein kleinerer Strom, wodurch ebenfalls die Gefahr eines Zündens dieses parasitären Thyristors vermindert wird. Eine Rückseitenkontaktierung über ein als Diffusionsgebiet ausgestaltetes Gebiet gewährt ferner eine hohe Impulsfestigkeit, d. h. das Bauelement verkraftet das gleichzeitige Auftreten hoher Spannungen und hoher Stromdichten. Im Gegensatz zur Ausbildung des p–/p+-Übergangs mittels Epitaxie entstehen durch die Ausgestaltung als Diffusionsgebiet kleinere Dotierungsgradienten. Dadurch ist eine hohe Impulsfestigkeit, insbesondere im dynamischen Abschaltfall, gewährleistet. In Folge des kleineren Dotierungsgradienten reagiert der vertikale Stromfluß im Bauelement als auch die Sperrfähigkeit unempfindlicher auf eine Dickenvariation des Substrats. Dadurch wird eine einfachere Herstellung des Bauelements ermöglicht.With a LJGBT, the multi-channel principle also has a positive effect on the latch-up strength. A smaller current flows through a multiplicity of channel regions connected in parallel per parasitic thyristor, which also reduces the risk of ignition of this parasitic thyristor. Contacting the rear side over a region designed as a diffusion region furthermore guarantees high impulse resistance, ie the component can cope with the simultaneous occurrence of high voltages and high current densities. In contrast to the formation of the p - / p + transition by means of epitaxy, the design as a diffusion region creates smaller doping gradients. This ensures a high level of pulse resistance, especially in the event of a dynamic shutdown. As a result of the smaller doping gradient, the vertical current flow in the component and the blocking capability are less sensitive to a variation in the thickness of the substrate. This enables a simpler manufacture of the component.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen bzw. Verfahren möglich.Through the measures listed in the dependent claims are advantageous developments and improvements in the independent claims specified devices or methods possible.
Die Ausbildung eines auf der Vorderseite des Bauelements angeordneten n-Gebiets als Resurf-Gebiet führt in vorteilhafter Weise zu einer erhöhten Durchbruchspannung, also zu einer erhöhten Spannungsfestigkeit des Bauelements in Folge eines aufgrund der Dünnheit der Resurf-Schicht im Zusammenspiel mit ihrer Dotierungskonzentration erzielten günstigen Verlaufs der Feldstärke in der Raumladungszone. Soll nicht die Durchbruchspannung erhöht werden, kann wahlweise eine kleinere laterale Ausdehnung gewählt werden, um beispielsweise in einer Multikanalanordnung oder einfach in einer Parallelschaltung mehrerer Bauelemente auf der gleichen gegebenen Chipfläche eine wiederum erhöhte Stromtragfähigkeit bzw. eine erhöhte Latch-up-Festigkeit zu gewährleisten. Wählt man statt einer kleineren lateralen Ausdehnung die Möglichkeit der Gewährleistung einer höheren Durchbruchspannung, so sind mit dem Resurf-Gebiet Durchbruchspannungen von einigen 100 V im statischen ausgeschalteten Zustand, d. h. wenn an der Gateelektrode keine Spannung anliegt, möglich. Wird das Resurf-Gebiet statt durch epitaktische Abscheidung mittels eines Diffusionsprozesses hergestellt, so ergibt sich analog zur Rückseitendiffusion eine erhöhte Lebensdauer der Ladungsträger die sich wiederum positiv auf das Durchlaßverhalten des Bauelements auswirkt.The formation of an n-region arranged on the front side of the component as a resurf region advantageously leads to an increased breakdown voltage, that is to say an increased dielectric strength of the component as a result of a favorable profile achieved due to the thinness of the resurf layer in conjunction with its doping concentration the field strength in the space charge zone. Should not breakdown voltage can be selected, a smaller lateral extension can be chosen, in order to ensure, for example, in a multi-channel arrangement or simply by connecting several components in parallel on the same given chip area, an increased current carrying capacity or increased latch-up strength. If, instead of a smaller lateral extension, the option of ensuring a higher breakdown voltage is selected, breakdown voltages of a few 100 V in the statically switched-off state, ie if there is no voltage at the gate electrode, are possible with the resurf area. If the resurfing area is produced by means of a diffusion process instead of by epitaxial deposition, then, analogously to the rear side diffusion, there is an increased service life of the charge carriers, which in turn has a positive effect on the transmission behavior of the component.
Das Vorsehen einer Buffer-Schicht um das Anodengebiet herum führt zur Vermeidung eines Punch-Through-Effekts. Weist das Anodengebiet einer große Dotierkonzentration und Dicke und somit in Folge die Buffer-Schicht eine größere Eindringtiefe auf als das n-Gebiet, so wird bei weiterhin gewährleisteter Vermeidung eines Punch-Through-Effekts eine gute Rückseitenanbindung, sprich gutes Durchlaßverhalten, ermöglicht.The provision of a buffer layer around the anode area to avoid a punch-through effect. Assigns the anode area a big one Doping concentration and thickness and consequently the buffer layer a greater depth of penetration than the n-area, then, with continued avoidance of a Punch-through effect a good rear connection, that is good state behavior, allows.
Das Vorsehen von stark dotierten Aufdotierzonen über die die Kathoden- bzw. Source-Anschlüsse mit dem Halbleitersubstrat in Verbindung stehen, führen zu geringen Kontaktierwiderständen an den Anschlüssen.The provision of heavily endowed Impregnation zones over the the cathode or source connections with the semiconductor substrate communicate, lead too low contact resistance at the connections.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
Wird im dargestellten LIGBT-Transistor
ein positives Potential an die Gate-Elektrode
Das n-Gebiet
Ist an dem Anodenanschluß eine positive Spannung
angelegt, so ist der Übergang
zwischen der p-Wanne
Die Anwendung des Resurf-Prinzips
würde bei
einem Fehlen der Buffer-Schicht
Die Isolationsschichten
Die Parallelschaltung mehrerer Kanalbereiche pro Anodengebiet reduziert den wirksamen Gesamtkanalwiderstand. Dadurch wird eine hohe Stromdichte bei vorgegebenem Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode ermöglicht. Die Latch-up Festigkeit wird gegenüber dem LIGBT mit nur einem Kanal dadurch erhöht, daß der von der Anode zur Kathode fließende Anteil des Löcherstroms sich auf mehrere Kanalbereiche aufteilt. Gegenüber einem Trench-LIGBT auf SOI (Silicon on Insulator) mit mehreren parallelen Kanalgebieten ist das erfindungsgemäße Bauelement billiger und einfacher herstellbar, da die Prozeß- und Waferkosten niedriger sind, da ausschließlich Standardprozesse und Standardwafer verwendbar sind. Dieses Multikanalprinzip ist auch bei LIGBT-Bauelementen mit vertikalem Stromfluß einsetzbar, deren Rückseitenkontaktierung nicht über ein Diffusionsgebiet, sondern über ein beispielsweise hochdotiertes Substrat erfolgt, auf dessen Vorderseite epitaktisch aufgebrachte Schichten angeordnet sind.The parallel connection of several channel areas per anode area reduces the effective total channel resistance. This results in a high current density for a given voltage drop between Anode and cathode enabled. The latch-up strength is compared to the LIGBT with only one Channel increased by that the flowing from the anode to the cathode Proportion of the hole current itself divided into several channel areas. Opposite a trench LIGBT SOI (Silicon on Insulator) with several parallel channel areas is the component according to the invention cheaper and easier to manufacture, since the process and wafer costs are lower, because only Standard processes and standard wafers can be used. This multi-channel principle is can also be used with LIGBT components with vertical current flow, their rear side contact no over a diffusion area but over For example, a highly doped substrate is made on the front epitaxially applied layers are arranged.
Das Ausführungsbeispiel illustriert die Anwendbarkeit des Multikanalprinzips auf MOS-Bauelemente zur Erzielung eines kleinen wirksamen Gesamtkanalwiderstands durch parallel geschaltete Kanalbereiche. Auch bei MOS-Bauelementen ist mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eine hohe Stromtragfähigkeit bzw. ein gutes Durchlaßverhalten des Bauelements, bei einer hohen Sperrfähigkeit erzielbar.The exemplary embodiment illustrates the applicability of the multi-channel principle to MOS devices Achievement of a small effective total channel resistance through parallel switched channel areas. With MOS devices too, the construction according to the invention a high current carrying capacity or a good passage behavior of the component, achievable with a high locking capacity.
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